基于FPGA控制的DSP数据采集和处理系统

基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计与实现周新淳【摘要】为了提高对实时信号采集的准确性和无偏性,提出一种基于DSP+FPGA 的实时信号采集系统设计方案.系统采用4个换能器基阵并联组成信号采集阵列单元,对采集的原始信号通过模拟信号预处理机进行放大滤波处理,采用TMS32010DSP芯片作为信号处理器核心芯片实现实时信号采集和处理,包括信号频谱分析和目标信息模拟,由DSP控制D/A转换器进行数/模转换,通过FPGA实现数据存储,在PC机上实时显示采样数据和DSP处理结果;通过仿真实验进行性能测试,结果表明,该信号采集系统能有效实现实时信号采集和处理,抗干扰能力较强.%In order to improve the accuracy and bias of real-time signal acquisition,a real-time signal acquisition system based on DSP +-FPGA is proposed.The system adopts 4 transducer array to build parallel array signal acquisition unit,the original signal acquisition amplification filtering through analog signal pretreatment,using TMS32010DSP chip as the core of signal processor chip to realize real-time signal acquisition andprocessing,including the signal spectrum analysis and target information simulation,controlled by DSP D/A converter DAC,through the realization of FPGA data storage,real-time display on the PC and DSP sampling data processing results.The performance of the system is tested by simulation.The results show that the signal acquisition system can effectively realize the real-time signal acquisition and processing,the anti-interference ability is strong.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2017(025)008【总页数】4页(P210-213)【关键词】DSP;FPGA;信号采集;系统设计【作者】周新淳【作者单位】宝鸡文理学院物理与光电技术学院,陕西宝鸡721016【正文语种】中文【中图分类】TN911实时信号采集是实现信号处理和数据分析的第一步，通过对信号发生源的实时信号采集，在军事和民用方面都具有广泛的用途。

1，DSP+FPGA 实时信号处理系统2，FPGA+DSP实时三维图像信息处理系统3，采用FPGA+DSP结构的多通道高速数据采集与实时图像处理系统的设计与实现方案4，基于DSP与FPGA的蓝牙数据采集系统设计5，基于DSP和FPGA的通用图像处理平台设计6，基于FPGA+DSP的实时图像处理系统设计与实现7，基于DSP的实时图像目标搜索与跟踪系统设计1，DSP+FPGA 实时信号处理系统实时信号处理系统要求必须具有处理大数据量的能力，以保证系统的实时性；其次对系统的体积、功耗、稳定性等也有较严格的要求。

实时信号处理算法中经常用到对图象的求和、求差运算，二维梯度运算，图象分割及区域特征提取等不同层次、不同种类的处理。

其中有的运算本身结构比较简单，但是数据量大，计算速度要求高；有些处理对速度并没有特殊的要求，但计算方式和控制结构比较复杂，难以用纯硬件实现。

因此，实时信号处理系统是对运算速度要求高、运算种类多的综合性信息处理系统。

１信号处理系统的类型与常用处理机结构根据信号处理系统在构成、处理能力以及计算问题到硬件结构映射方法的不同，将现代信号处理系统分为三大类：·指令集结构（ＩＳＡ）系统。

在由各种微处理器、ＤＳＰ处理器或专用指令集处理器等组成的信号处理系统中，都需要通过系统中的处理器所提供的指令系统（或微代码）来描述各种算法，并在指令部件的控制下完成对各种可计算问题的求解。

·硬连线结构系统。

主要是指由专用集成电路（ＡＳＩＣ）构成的系统，其基本特征是功能固定、通常用于完成特定的算法，这种系统适合于实现功能固定和数据结构明确的计算问题。

不足之处主要在于：设计周期长、成本高，且没有可编程性，可扩展性差。

·可重构系统。

基本特征是系统中有一个或多个可重构器件（如ＦＰＧＡ），可重构处理器之间或可重构处理器与ＩＳＡ结构处理器之间通过互连结构构成一个完整的计算系统。

从系统信号处理系统的构成方式来看，常用的处理机结构有下面几种：单指令流单数据流（ＳＩＳＤ）、单指令流多数据流（ＳＩＭＤ）、多指令流多数据流（ＭＩＭＤ）。

FPGA模块的功能FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程的逻辑器件，可以在电路设计中实现不同的功能。

FPGA模块是基于FPGA芯片设计的一种具有特定功能的硬件模块。

FPGA模块可以通过编程实现不同的功能，如数字信号处理、图像处理、网络通信和多媒体处理等。

以下是FPGA模块常见的功能：1.数字信号处理（DSP）：FPGA模块可以进行数字信号的采集、滤波、变换和编解码等处理。

DSP模块可以用于音频和视频处理、语音识别、雷达信号处理等应用。

2.图像处理：FPGA模块可以进行图像的采集、增强、压缩和解压缩等处理。

图像处理模块可以用于计算机视觉、机器人导航、医学影像等应用。

3.网络通信：FPGA模块可以实现各种网络协议的处理，如以太网、无线通信、卫星通信等。

网络通信模块可以用于路由器、交换机、无线基站等设备的设计。

4.多媒体处理：FPGA模块可以进行音频和视频的编码、解码、传输和处理等操作。

多媒体处理模块可以用于音视频播放器、数字电视和视频会议系统等应用。

5.控制系统：FPGA模块可以实现数字控制算法和控制信号的生成，用于控制系统中的运动控制、温度控制、电力控制等。

控制系统模块可以用于机器人、工业自动化等领域。

6.加密和安全：FPGA模块可以实现各种加密算法、安全协议和身份验证机制，用于数据传输和信息安全。

加密和安全模块可以用于网络安全、物联网安全等领域。

7.处理器系统：FPGA模块可以实现不同的处理器架构，如32位、64位的处理器核。

处理器系统模块可以用于嵌入式系统、高性能计算等应用。

8.高速数据接口：FPGA模块可以实现高速串行通信接口，如PCIe、USB3.0、HDMI等。

高速数据接口模块可以用于数据存储、高性能计算、高速通信等应用。

9.模拟和数字转换：FPGA模块可以实现模拟信号的采集、处理和数字信号的生成、转换。

模拟和数字转换模块可以用于传感器接口、音频接口等应用。

FPGA+DSP的⾼速AD采集处理开发详解⼀、案例说明1. Kintex-7 FPGA使⽤SRIO IP核作为Initiator，通过AD9613模块采集AD数据。

AD9613采样率为250MSPS，双通道12bit，12bit按照16bit发送，因此数据量为16bit * 2 * 250M = 8Gbps；2. AD数据通过SRIO由Kintex-7发送到C6678 DSP(Target)的0x0C3F0000~0x0C3F7FFF的地址空间，数据量为32KByte，使⽤SWRITE⽅式，期间每传16KByte数据后就发送⼀个DOORBELL信息，让C6678做乒乓处理。

Kintex-7通过SRIO与C6678连接，共4个lane，每个lane的通信速率为5Gbps，数据有效带宽为20Gbps * 80% = 16Gbps；3. 采集到的AD数据可分别通过Xilinx Vivado和TI CCS软件查看波形，并在C6678做FFT处理。

此开发案例基于创龙Kintex-7+C6678评估板TL6678F-EasyEVM进⾏。

⼆、案例框图三、案例演⽰硬件连接：将创龙AD9613⾼速AD模块TL9613/9706F（此模块集成⾼速DA，DA芯⽚为AD9706）通过FMC接⼝与评估板连接。

信号发⽣器设置成两路正弦波输出，幅度设置：1.5Vpp以及⽆直流偏置，频率设置：1MHz。

信号发⽣器的两路输出分别连接到模块的ADC_CHA、ADC_CHB。

1. FPGA端参考TL6678F-EasyEVM评估板光盘⽤户⼿册《基于下载器的程序固化与加载》⽂档中“Vivado下bit⽂件加载步骤”章节，将tl_fmc_ad9613_srio_tl6678f_xc7k325t.bit⽂件烧录到FPGA。

烧写bit⽂件时，指定调试⽂件tl_fmc_ad9613_srio_tl6678f_xc7k325t.ltx，可以观察到ILA调试信号，查看ADC采样波形。

一种基于FPGA+DSP的数据采集与处理平台程学军，王飞戈（漯河职业技术学院计算机工程系，462000，中国）摘要：介绍了一种基于FPGA+DSP的数据采集与处理平台，给出了系统实现的总体方案，并阐述了各部分硬件电路的设计。

重点对FPGA内部各主要功能模块做了详细阐述，对各个模块的设计方法以及实现过程进行了细致描述，给出了各模块的具体实现的顶层文件，并对系统功能扩展做了简要说明。

关键词：FPGA；DSP；低通滤波；CORDIC算法中图分类号：TN851 文献标识码： AA data acquisition and processing platform based on FPGA and DSPCheng Xuejun，Wang Feige(LuoHe,vocation technology college,computer department, 462000, China )Abstract：A data acquisition and processing platform based on FPGA and DSP is introduced in the paper. The scheme of system realization i s proposed and the design of every hardware circuit is described in detail. Every main function module in FPGA of the system is emphasized on and the design methods and realization of every module are described with carefully. The top file of every module is given and the expanding of system function is briefly explained.Key words：digital receiver; Field-programmable gate array; low pass filter;CORDIC algorithm0引言随着信息技术的发展和信息时代的到来，高速数据采集技术已成为现代信息技术发展的标志。

基于DSP+FPGA的高速采样系统设计对飞轮转子位移信息的采样检测是保证飞轮储能系统（FESS）高速、稳定运行的关键。

利用数字信号处理器（DSP）的计算能力和现场可编程门阵列（FPGA）的并行处理能力，采用主从设计方式，提出一种基于DSP和FPGA的多通道、高速采样系统的实现方法；阐述了系统的模块功能、硬件布局、软件设计以及对高速AD芯片THS1207的控制方式。

实验证明了设计的系统能够实现多通道、高速采样的要求。

标签：数字信号处理器；现场可编程门阵列；THS1207芯片；高速采样一、各模块器件选型由上述分析，设计中，AD采样模块选用TI公司生产的高速AD采样芯片THS1207。

每片THS1207包含4个采样通道，因此，本文选用2片THS1207协同控制，同步采样。

运算控制模块选取时，考虑到基于数字信号处理器（digitalsignalprocessor，DSP）和现场可编程门阵列（fieldprogrammablegatearray，FPGA）的特点，为了保证采样和控制运算的实时性，本文提出了一种DSP和FPGA主从设计的多通道高速采样系统。

FPGA作为DSP的协处理器，实现对AD芯片的控制和采集数据的缓存，DSP通过扩展的直接存储器访问（extendeddireetmemoryaccess，EDMA）读取FPGA缓存的采样数据，实现对采样数据的运算处理。

选用32位高速浮点型DSP芯片TMS320C6713，拥有强大的浮点计算能力。

FPGA芯片选用EP3C25Q240，其拥有24624门逻辑单元，66门18×18乘法器，4个锁相环单元以及最多达215个可供用户使用的I/O引脚，完全满足本设计的需要。

二、系统性能要求2.1 根据飞轮转子的结构和性能特点设置采样模块性能要求为：5个采样通道，0.1%采样精度。

采样速度设计，假定飞轮转速为105r/min，每转采样128点，则相邻两个采样点之间的时间间隔应小于4.69μs。

基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计共3篇基于FPGA的多通道高速数据采集系统设计1随着现代科技的高速发展，各种高速数据的采集变得越来越重要。

而基于FPGA的多通道高速数据采集系统因具有高速、高精度和高可靠性等优点，逐渐受到了越来越多人的关注和青睐。

本篇文章将围绕这一课题，对基于FPGA的多通道高速数据采集系统进行设计和探讨。

1、FPGA的基础知识介绍FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可重构的数字电路，可在不使用芯片的新版本的情况下重新编程。

FPGA具有各种不同规模的可用逻辑单元数，可以根据需要进行定制化配置。

FPGA可以根据需要配置每个逻辑单元，并使用活动配置存储器从而实现功能的完整性、高速度和多样化的应用领域。

2、多通道高速数据采集系统的设计在高速数据采集领域中，多通道采集是非常常见的需求。

多通道采集系统通常由高速采集模块、ADC芯片、DSP芯片等核心部件组成。

在本文中，我们将会采用 Analog Devices（ADI）公司的AD7699高速ADC和Xilinx（赛灵思）公司的Kintex-7 FPGA，来设计多通道高速数据采集系统。

2.1系统架构设计系统架构是设计一个多通道高速数据采集系统的第一步。

本系统的架构由两个主要芯片组成，分别为高速的ADC模块和FPGA模块。

其中ADC模块负责将模拟信号转换为数字信号，而FPGA模块则负责将数据处理为人类可以处理的数据。

2.2模块设计由于本系统是多通道高速数据采集系统，所以我们需要设计多个模块来完成数据采集任务。

在本系统中，每个模块包含一个ADC芯片和一个FPGA芯片，用于处理和存储采集的数据。

ADC 芯片可以通过串行接口将数据传递给FPGA芯片，FPGA芯片则可以将数据存储在DDR3内存中。

2.3信号采集与处理对于多通道高速数据采集系统，信号的采集与处理是至关重要的。

因此我们需要谨慎设计。

在本系统中，每个通道的采样速率可以达到1MSPS，采样精度为16位。

基于FPGA的超高速数据采集与处理系统王彦如（青海师范大学国际教育交流中心，青海、西宁 810008）摘 要：介绍了一种基于FPGA的超高速数据采集与处理系统，给出了系统实现的方案，并详细阐述了各硬件电路的具体构成。

对系统软件功能做了简要介绍，并利用嵌入式逻辑分析仪对该超高速数据采集系统进行了测试，验证了采样结果的正确性。

该超高速数据采集与处理系统通用性和可扩展性较强，适合工程应用。

关键词：数据采集；嵌入式逻辑分析仪；高速A/D；FPGA中图分类号：TN974A Ultra high speed data acquisition and processing systembased on FPGAWang Yanru(Coll. of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering Univ., Harbin 150001, China ) Abstract：A scheme of the high speed data acquisition and processing system based on FPGA is introduced in the paper. The design of system i s proposed and the composition is described in detail. The system software function is briefly introduced and the sampling signal is tested and verified correctly though embedded logic analyzer. The ultra high speed data acquisition and processing system has some universality and expansibility and fits for engineering application.Key words：data acquisition; embedded logic analyzer; high-speed A/ D; Field-programmable gate array0引言在电子信息领域中，通常要求处理的频带要尽可能的宽、动态范围要尽可能的大，以便得到更宽的频率搜索范围，获取更多的信息量，这就要求A/D转换速度快而采样精度高，以便满足系统处理的要求]1[。